RS485為什么要加上下拉電阻？

485總線是一種常用的差分信號傳輸方式，它具有抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、節(jié)點(diǎn)數(shù)多等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于通信、工業(yè)自動化等領(lǐng)域。但是，在實(shí)際應(yīng)用中，我們可能會遇到一個問題，就是485總線是否需要在A和B兩條線上加上下拉電阻，以及加多大的電阻合適。本文將對這個問題進(jìn)行分析和解釋。

485總線是如何工作的？

首先，我們需要了解485總線的工作原理和信號特性。根據(jù)RS-485標(biāo)準(zhǔn)，485總線是通過兩條線（A和B）來傳輸差分信號的，根據(jù)兩條線之間的電壓差來判斷的當(dāng)前數(shù)據(jù)位是0還是1。

485傳輸時的的數(shù)據(jù)有三種狀態(tài)：

1.當(dāng)A和B之間的電壓差VAB=UA-UB大于+200mV時，485收發(fā)器輸出的邏輯為1；

2.當(dāng)A和B之間的電壓差VAB=UA-UB小于-200mV時，485收發(fā)器輸出邏輯為0；

3.當(dāng)A和B之間的電壓差VAB=UA-UB在-200mV～+200mV之間時，485收發(fā)器可能輸出高電平也可能輸出低電平，是一個不確定的狀態(tài)。

如何避免出現(xiàn)不確定狀態(tài)？

在正常情況下，我們希望接收器收到的數(shù)據(jù)只能是0或1，對于不確定的狀態(tài)是不能出現(xiàn)在485總線上的。那么，什么情況下會出現(xiàn)不確定的狀態(tài)呢？

主要有以下兩種情況：

1.當(dāng)485總線處于空閑狀態(tài)時，所有的485收發(fā)器都處于接收狀態(tài)，沒有任何一個收發(fā)器在驅(qū)動總線時。此時，由于沒有任何信號源在總線上產(chǎn)生差分電壓，A和B兩條線上的電壓基本相等，也就是說，差分電壓基本為0。

2.當(dāng)485總線處于開路狀態(tài)時，也就是說，某個485收發(fā)器與總線斷開連接時。此時，由于斷開連接的收發(fā)器不再對總線產(chǎn)生影響，其余收發(fā)器之間的差分電壓也基本為0。

當(dāng)485驅(qū)動器輸出不足以使A、B產(chǎn)生絕對值大于200mV壓差時，此時485總線信號狀態(tài)已經(jīng)不能反映驅(qū)動器狀態(tài)，接收器也無法識別正確信號。

3.當(dāng)485總線出現(xiàn)不確定的狀態(tài)時，會導(dǎo)致通信錯誤或失效。例如，如果某個485收發(fā)器在不確定狀態(tài)下認(rèn)為收到數(shù)據(jù)0信號，向串口輸出低電平，那么對于UART通信來說，這就相當(dāng)于一個起始位（Start Bit），會引起誤判或誤碼；如果某個485收發(fā)器在不確定狀態(tài)下輸出高低電平交替變化，那么對于UART通信來說，就會干擾正常數(shù)據(jù)，導(dǎo)致UART接收器收到異常數(shù)據(jù)。

為了防止485總線出現(xiàn)不確定的狀態(tài)，我們根據(jù)這兩種異常分析，導(dǎo)致這兩種異常的原因都是當(dāng)收發(fā)器處于接收狀態(tài)時，AB線上無法保持正常電壓差。要保持空閑或斷線的狀態(tài)下也能有正確的壓差，我們需要在A和B兩條線上加上下拉電阻（通常A接上拉電阻，B接下拉電阻），以保證總線在空閑或開路狀態(tài)下有一個固定的差分電壓。如下圖所示：

那么，在選擇下拉電阻的大小時，我們需要考慮哪些因素呢？主要有以下幾個方面：

1.上下拉電阻應(yīng)該足夠小，以保證空閑或開路狀態(tài)下的差分電壓大于+200mV或小于-200mV（根據(jù)具體情況選擇），從而避免不確定狀態(tài)。

2.上下拉電阻應(yīng)該足夠大，以減少功耗和熱量，同時不影響485收發(fā)器的驅(qū)動能力和輸出電壓。

3.上下拉電阻應(yīng)該與485收發(fā)器的輸入阻抗、終端電阻、總線長度、節(jié)點(diǎn)數(shù)等因素相匹配，以保證總線的阻抗匹配和信號完整性。

首先，我們針對收發(fā)器處于斷線的狀態(tài)時，此時收發(fā)器A、B電壓由RU、RT、RD和RIN共同決定，即：

通常我們將RU和RD使用相同的值，則公式可簡化為：

此時，我們設(shè)芯片內(nèi)部差分輸入電阻RIN=15kΩ、VCC=3.3V且RT=120R，可以算出此時，0Ω≤R≤239Ω，當(dāng)然只要R≤232.5kΩ都能滿足斷線情況下A、B線處于數(shù)據(jù)1狀態(tài)。

針對于空閑狀態(tài)，考慮到大部分節(jié)點(diǎn)設(shè)備都會在A、B線上添加RU和RD電阻，且會在終端上增加RT電阻。如下圖所示：

我們根據(jù)前面的推導(dǎo)過程可知，不同的只是因?yàn)樵黾庸?jié)點(diǎn)而增加的輸入電阻和上下拉電阻，所以我們根據(jù)上述電路可以推導(dǎo)出如下的公式：

在這個公式中，m為帶上下拉電阻的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，n為節(jié)點(diǎn)數(shù)量?？偩€A端和B端的差值我們定義為最小的200mA，這樣我們就可以將這個公式簡化為：

有了這個公式就可以根據(jù)實(shí)際的節(jié)點(diǎn)數(shù)量來確定上下拉電阻的值。

然而根據(jù)這個公式計算出來的結(jié)果僅僅只是一個理想值，在實(shí)際使用中上下拉電阻一般都是在節(jié)點(diǎn)內(nèi)部確定了的。不同的節(jié)點(diǎn)設(shè)備，其內(nèi)部的上下拉電阻可能不同，我們需要考量節(jié)點(diǎn)的數(shù)量來考量這個電阻的值。要確定上下拉電阻的值還需要考慮驅(qū)動芯片的帶載能力。不能將上下拉電阻設(shè)置得很小。

總之，485總線要在AB線上加上下拉電阻，主要是為了保證總線在空閑或開路狀態(tài)下有一個固定的差分電壓，從而避免不確定狀態(tài)導(dǎo)致的通信錯誤或失效。在選擇下拉電阻的大小時，需要綜合考慮功耗、驅(qū)動能力、阻抗匹配等因素，以保證通信的穩(wěn)定性和可靠性。